JP3909832B2 - ラックピニオン型動力舵取装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックピニオン型の動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のラックピニオン型の動力舵取装置は、ピニオン軸のピニオンギヤとラック軸のラックギヤとの噛合を適切に維持するために、ラック軸のラックギヤの背面側に樹脂部材等からなるラックガイドシートを介してラックガイドを設けている。このラックガイドは、スプリングのスプリング力により、ラックギヤとピニオンギヤが適切に噛合するようにラック軸に押圧されている。
【０００３】
ここで、従来のラックガイドシートを図３に示す。図３（ａ）はラック軸線方向から見た図であり、図３（ｂ）は（ａ）の側面図である。図３（ａ）に示すように、ラック軸４の外周とラックガイドシート５とが摺接する面であるラックガイドシート５の摺接面は、ほぼ半円の円弧形状を有している。この摺接面は、ラック軸４の中心Ｏ１からラックギヤ側にオフセットして位置する中心Ｏ２、Ｏ３を中心とし、ラック軸４の半径より大きい半径Ｒ３を有する形状とされている。そして、接触角度θが４５度となる位置で線接触するようにしている。なお、ラックガイドシート５とラック軸４との摩擦力を適切に発生させるために接触角度θを約４５度の位置にしている。さらに、図３（ｂ）に示すように、ラックガイドシート５の摺接面には、ラック軸４を滑らかに摺動させるために、ラック軸線方向およびその直交方向にグリース溝を設けている。
【０００４】
そして、このような形状のラックガイドシート５をラック軸４に押圧した場合、実際には、摺接面のうち図３（ｂ）に示す斜線部ａがラック軸２と接触することになる。この斜線部ａは、接触角度θが４５度の位置を中心としてある幅を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のラックガイドシート５によりラック軸４を支持する場合には、ラック軸線方向に対してラックガイドシート５の摺接面のうち中央付近が強く接触し、両端は接触しない場合がある。すなわち、図３（ｂ）に示す斜線部ａの中央付近ｂのみがラック軸４に接触し、両端部分ｃがラック軸４に接触しないことになる。
【０００６】
そのため、ラック軸４は、ラック軸線方向におけるラック支持長さが小さくなり、ラックガイドシート５の中央付近ｂを支点として傾きやすくなる。このラック軸４の傾きにより、ピニオンギヤとラックギヤとの噛合い状態が悪化する。
【０００７】
また、ラックガイドシート５の摺接面の形状を最初に接触角度θが４５度となるようにしていたとしても、ラック軸２との接触によりラックガイドシート５の摺接面が摩耗すると、接触角度θが変化することになる。さらには、接触面積も増加することになる。すなわち、ラック軸４とラックガイドシート５との摩擦力が増加することになる。
【０００８】
ピニオンギヤとラックギヤとの噛合い状態の悪化やラック軸４とラックガイドシート５との摩擦力の増加は、操舵感覚を悪化させることにつながる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ラック軸に対しラックガイドシートは一定の摺接状態を維持し、ラックギヤとピニオンギヤとの噛合い状態を悪化させることなく、さらにラックガイドシートの摺接面が摩耗した場合であってもラック軸とラックガイドシートとの摩擦力を増加させることなく、その結果として長期的に操舵感覚を悪化させることのないラックピニオン型動力舵取装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のラックピニオン型動力舵取装置は、ピニオン軸と、ラック軸と、ラックガイドシートと、ラックガイドと、弾性体とを有する。そして、ラックガイドシートは、ラック軸と摺接する凸状の摺接凸面を有する。この摺接凸面は、ラック軸の軸線方向に対してラックガイドのラック軸に対する支持面の両端側に配設され、ラック軸の軸線直交断面が円弧凹面状に形成されると共に、摺接凸面の全面が、ラック軸に摺接するようにされている。ここで、ピニオン軸は、ステアリングホイールの回転に応じて回動可能なピニオンギヤを備えた軸である。ラック軸は、ピニオン軸のピニオンギヤと噛合するラックギヤを備えた軸である。ラックガイドは、ラックギヤの背面に配設されており、ラック軸を支持する支持面を備えている。そして、この支持面にラックガイドシートを介してラック軸を往復移動可能に摺動支持するものである。弾性体は、ラックガイドをラック軸に向けて付勢するものである。
【００１１】
つまり、ラックガイドシートの摺接凸面が、ラック軸線方向に対してラックガイドのラック軸に対する支持面の両端側に位置するということは、ラック軸を少なくとも２箇所で支持することになる。仮に、ラックガイドシートの摺接面のうち中央付近が強く押圧される場合であっても、大きな段差を設けることにより確実に両端で支持されることになる。すなわち、ラックガイドの支持面の中央付近では、ラックガイドシートとラック軸とが接触する場合がなく、ラック軸を傾かせることなく確実に支持できる。このことは、ピニオンギヤとラックギヤの噛合い状態を良好に維持することができることになる。その結果、良好な操舵感覚を維持できる。
【００１２】
また、ラックガイドシートが円弧凹面状からなる摺接凸面を有することにより、ラック軸との接触によりラックガイドシートの摺接凸面が摩耗した場合であっても、摺接凸面のみが摩耗する。そして、摩耗量が摺接凸面の段差以下であれば、摺接凸面のみによりラック軸を支持することができる。すなわち、ラックガイドシートの摺接凸面が摩耗した場合でも、ラックガイドシートにおけるラック軸との接触面は変わらない。つまり、接触角度θを変化させることもなく、さらには接触面積も増加させることもない。これにより、ラック軸とラックガイドシートとの摩擦力を適切に得ることができるため、結果として、良好な操舵感覚を長期的に維持できる。
また、摺接凸面は、ラック軸の外周に対応する形状からなるようにしてもよい。さらに、摺接凸面は、ラック軸の軸線方向および周方向に分離して４箇所に配設されるようにしてもよい。
【００１３】
また、摺接凸面は、ラック軸の軸線方向でラックガイドの支持面の中心から摺接凸面の外端までの距離に対して、この中心から摺接凸面の内端までの距離が３分の１以上３分の２以下とするとよい。つまり、外端までの距離に対して内端までの距離を３分の１以上とすることにより、ラック軸の軸線方向でラックガイドの支持面の中央付近では、ラックガイドシートとラック軸とが接触することを確実に回避することができる。また、外端までの距離に対して内端までの距離を３分の２以下とすることにより、摺接凸面が受けるの面圧を上昇させることなくラック軸を支持できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。図１に、ラックピニオン型動力舵取装置を示す。所定のねじれ角のピニオンギヤ１ａが形成されたピニオン軸１が軸受２、３により回動可能に軸支されている。そして、ピニオン軸１と交差する方向にラック軸４が往復移動可能に設けられている。このラック軸４は、ピニオンギヤ１ａに噛合するラックギヤ４ａが形成されている。また、ラック軸４には、ステアリングトルクをアシストするパワーシリンダ（図示せず）に摺動可能に設けられたピストン（図示せず）が取付けられている。そして、ラック軸４の両端には、タイロッド（図示せず）が連結されている。
【００１５】
また、ピニオンギヤ１ａとラックギヤ４ａとの噛合位置に対してラック軸４の背面側には、ラックガイドシート５が設けられている。このラックガイドシート５は、ラックガイド６の支持面６ａに固定されている。ラックガイド６は、ラック軸４の径方向であって、ラックギヤ４ａとピニオンギヤ１ａとを噛合させる方向に往復移動可能に設けられている。ラックガイドシート５は、スプリング（弾性体）７のスプリング力によってラック軸４に当接する方向に押圧され、ラックギヤ４ａとピニオンギヤ１ａとが所定の噛合力により噛合するようにされている。
【００１６】
また、弁ハウジング８内には、パワーシリンダ（図示せず）へ圧油の給排を制御する制御弁９が収納されている。この制御弁９は、ピニオン軸１の軸線を中心として互いに相対回転可能なスリーブ弁部材１０及びロータ弁部材１１により構成されている。そして、スリーブ弁部材１０は連結ピン１２によってピニオン軸１に連結されている。また、ロータ弁部材１１は、ステアリングホイール（図示せず）に連結されるコントロールシャフト１３に形成されている。このコントロールシャフト１３は、トーションバー１４を介してピニオン軸１に連結されている。
【００１７】
そして、弁ハウジング１８には、供給ポート１５と、排出ポート１６と、シリンダポート１７、１８とが設けられている。供給ポート１５は、ポンプ（図示せず）の吐出ポートに接続されている。排出ポート１６は、リザーバ（図示せず）に接続されている。シリンダポート１７、１８は、パワーシリンダの両室に接続されている。
【００１８】
このように構成されたラックピニオン型動力舵取装置の動作について説明する。ステアリングホイール（図示せず）が回転操作されると、ピニオン軸１が回転する。ピニオン軸１の回転により、ピニオンギヤ１ａ及びラックギヤ４ａの作用によりラック軸４がラック軸線方向に往復移動する。これにより、ラック軸４に連結されたタイロッド（図示せず）を介して車輪が偏向される。
【００１９】
一方、ステアリングホイール（図示せず）が回転操作されると、コントロールシャフト１３がピニオン軸１に対して相対回転し、制御弁９が作動する。この制御弁９の作動により、供給ポート１５から供給された作動油は、シリンダポート１７、１８の一方に供給される。また、シリンダポート１７、１８の他方の作動油は排出ポート１６からリザーバ（図示せず）に排出される。パワーシリンダに供給される作動油によるアシスト作用により、ラック軸４の往復移動をアシストする。
【００２０】
次に、本発明の特徴部分であるラックガイドシート５について図２を参照して説明する。図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は側面図である。図２に示すように、ラックガイドシート５は、ほぼ半円の円弧形状であって、ラック軸４の外周と摺接する摺接凸面１９を有している。すなわち、ラック軸４の外周とラックガイドシート５の摺接凸面１９の全面が接触することになる。そして、この摺接凸面１９は、ラック軸４の外周に対向して４箇所設けられている。摺接凸面１９は、ラック軸４の軸中心Ｏ１を中心とする半径Ｒ１の円弧形状である。ラックガイドシート５の摺接面の凹面２０は、ラック軸４の軸中心Ｏ１を中心とする半径Ｒ２の円弧形状である。なお、半径Ｒ１は約１０ｍｍであり、半径Ｒ２は約１０．３ｍｍである。すなわち、約０．３ｍｍの段差を有することになる。また、ラックガイドシート５は樹脂系部材、例えばポリアセタール樹脂により成形されている。なお、ラック軸４の半径は約１０ｍｍである。
【００２１】
次に、この摺接凸面１９を設ける位置について、ラック軸４の周方向とラック軸４の軸線方向とに分けて説明する。
【００２２】
まず、ラック軸４の周方向について説明する。摺接凸面１９を設ける位置を決定する前提として、予めラック軸４とラックガイドシート５との接触角度θを決定する必要がある。ここで、接触角度θとは、ラック軸４の軸中心Ｏ１を中心として、ラック軸４の外周におけるラックギヤ４ａの背面位置Ａから、ラック軸４とラックガイドシート５とが接触する位置までの角度である。この接触角度θは、ラック軸４の摺動によりラック軸４とラックガイドシート５との接触面に発生する摩擦力に影響する。すなわち、接触角度θが小さいほど摩擦力は小さくなり、接触角度θが大きいほど摩擦力は大きくなる。つまり、ラック軸４を摺動させるための適切な摩擦力を発生させることができる接触角度θを決定する。なお、接触角度θは、スプリング７のスプリング力や、ピニオンギヤ１ａ及びラックギヤ４ａの形状等によっても決定されるものである。
【００２３】
本実施形態では、図２（ａ）に示すように接触角度θを４５度とする。そして、接触角度θが４５度の位置を中心として、両側にそれぞれ約１０度の範囲に摺接凸面１９を設ける。
【００２４】
次に、ラック軸４の軸線方向について説明する。図２（ｂ）の斜線部に示すように、摺接凸面１９は、ラック軸線方向に対してラックガイド６の支持面６ａの両端側に設けている。具体的には、ラック軸線方向でラックガイド６の支持面６ａの中心軸Ｘから距離Ｌ１の位置（内端）から、中心軸Ｘから距離Ｌ２の位置（外端）までの間に摺接凸面１９を設けている。ここで、接触角度θが４５度の位置では、中心軸Ｘから内端までの距離（内端距離）Ｌ１は、中心軸Ｘから外端までの距離（外端距離）Ｌ２の約３分の１としている。そして、接触角度θが４５度の位置より接触角度θが大きくなる側では、内端距離Ｌ１は等しく、外端距離Ｌ２は摺接面の端に沿って短くなっている。一方、接触角度θが４５度の位置より接触角度θが小さくなる側では、内端距離Ｌ１は徐々に長くし、外端距離Ｌ２は摺接面の端に沿って長くなっている。
【００２５】
なお、接触角度θが４５度以外の位置では、内端距離Ｌ１は外端距離Ｌ２の３分の１以上３分の２以下となるようにしている。つまり、外端までの距離に対して内端までの距離を３分の１以上とすることにより、ラック軸４の軸線方向でラックガイド６の支持面６ａの中央付近ではラックガイドシート５とラック軸４とが接触することを確実に回避することができる。また、外端までの距離に対して内端までの距離を３分の２以下とすることにより、摺接凸面１９が受けるの面圧を上昇させることなくラック軸４を支持できる。
【００２６】
このように、ラックガイドシート５の摺接凸面１９が、ラック軸線方向に対してラックガイド６の支持面６ａの両端側に位置することにより、ラック軸４を少なくとも２箇所で支持することになる。仮に、ラックガイドシート５の中央付近が強く押圧される場合であっても、段差を設けることにより確実に両端で支持されることになる。すなわち、ラックガイドシート５の中央付近のみがラック軸４と接触することがなく、ラック軸４を傾かせることなく確実に支持できる。このことは、ピニオンギヤ１ａとラックギヤ４ａの噛合い状態を良好に維持することができることになる。その結果、良好な操舵感覚を維持できる。
【００２７】
また、ラックガイドシート５が摺接凸面１９を有することにより、ラック軸４との接触によりラックガイドシート５の摺接凸面１９が摩耗した場合であっても、摺接凸面１９のみが摩耗する。そして、摩耗量が摺接凸面１９の段差以下であれば、摺接凸面１９のみによりラック軸４を支持することができる。すなわち、ラックガイドシート５の摺接凸面１９が摩耗した場合でも、ラックガイドシート５におけるラック軸４との接触面は変わらない。このことは、最初に決定した接触角度θが変化することがなく、さらには接触面積が増加することもない。これにより、ラック軸４とラックガイドシート５とにより生ずる摩擦力を適切に得ることができるため、結果として、良好な操舵感覚を長期的に維持できる。
【００２８】
なお、上述の実施形態では、接触角度θが４５度の位置では、内端距離Ｌ１を外端距離Ｌ２の約３分の１としているが、これに限られるものではない。すなわち、内端距離Ｌ１は外端距離Ｌ２の３分の１以上３分の２以下であればよい。
【００２９】
また、上述の実施形態では、摺接凸面１９を設ける範囲を接触角度θが４５度の位置を中心として、両側に約１０度としているが、これに限られるものではない。すなわち、ラック軸線方向に対してラックガイド６の支持面６ａの両端側に設ける限り、ラックガイドシート５の摺接面の周方向は全面に設けるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のラックピニオン型動力舵取装置によれば、ラック軸４とピニオン軸１との良好な噛合い状態を維持することができ、さらにラックガイドシート５の摺接凸面が摩耗した場合であってもラック軸４とラックガイドシート５とにより生ずる摩擦力を変化させることがない。その結果として、良好な操舵感覚を長期的に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すラックピニオン型動力舵取装置の断面図である。
【図２】本発明のラックガイドを示す図である。
【図３】従来のラックガイドを示す図である。
【符号の説明】
１ ・・・ ピニオン軸
１ａ ・・・ ピニオンギヤ
２、３ ・・・ 軸受
４ ・・・ ラック軸
４ａ ・・・ ラックギヤ
５ ・・・ ラックガイドシート
６ ・・・ ラックガイド
６ａ ・・・ 支持面
７ ・・・ スプリング（弾性体）
８ ・・・ 弁ハウジング
９ ・・・ 制御弁
１０ ・・・ スリーブ弁部材
１１ ・・・ ロータ弁部材
１２ ・・・ 連結ピン
１３ ・・・ コントロールシャフト
１４ ・・・ トーションバー
１５ ・・・ 供給ポート
１６ ・・・ 排出ポート
１７、１８ ・・・ シリンダポート
１９ ・・・ 摺接凸面
２０ ・・・ 凹面
θ ・・・ 接触角度

Claims (4)

1. ステアリングホイールの回転に応じて回動可能なピニオンギヤを備えたピニオン軸と、該ピニオン軸のピニオンギヤと噛合するラックギヤを備えたラック軸と、該ラックギヤの背面に配設され該ラック軸を支持する支持面を備え該支持面にラックガイドシートを介して該ラック軸を往復移動可能に摺動支持するラックガイドと、該ラックガイドを該ラック軸に向けて付勢する弾性体とを有するラックピニオン型動力舵取装置において、
   前記ラックガイドシートは前記ラック軸と摺接する凸状の摺接凸面を有し、
   該摺接凸面は、前記ラック軸の軸線方向に対して前記ラックガイドの支持面の両端側に配設され、前記ラック軸の軸線直交断面が円弧凹面状に形成されると共に、
   該摺接凸面の全面が、前記ラック軸に摺接することを特徴とするラックピニオン型動力舵取装置。
2. 前記摺接凸面は、前記ラック軸の外周に対応する形状からなることを特徴とする請求項１記載のラックピニオン型動力舵取装置。
3. 前記摺接凸面は、前記ラック軸の軸線方向および周方向に分離して４箇所に配設されることを特徴とする請求項１又は２記載のラックピニオン型動力舵取装置。
4. 前記摺接凸面は、前記ラック軸の軸線方向で前記ラックガイドの支持面の中心から前記摺接凸面の外端までの距離に対して、該中心から前記摺接凸面の内端までの距離が３分の１以上３分の２以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のラックピニオン型動力舵取装置。

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